（報告出品方/作者：東吳證券，周爾雙，朱貝貝）

1.特斯拉Optimus首次亮相，預計3-5年內實現量產

1.1.Optimus部分指標值得優化，但進步速度值得肯定

特斯拉 Optimus 首次亮相，預計 3-5 年內實現量產上市。2021 年 8 月，特斯拉 CEO 馬斯克于首屆“人工智能日”公開展示特斯拉人形機器人概念機 Tesla Bot。2022 年 2 月， 特斯拉在提出概念后短短 6 個月內成功推出人形機器人原型機，并作為開發平臺進行深 度研發。2022 年 9 月 30 日，特斯拉舉行第二屆“人工智能日”，并發布最新版本的 Optimus 人形機器人，其可實現直立行走、搬運、灑水等復雜動作。據馬斯克預計，Optimus 將 于 3-5 年內實現量產上市，其最終數量將會達到百萬級，而成本將降至 2 萬美元左右。

相較于概念機，最新版本 Optimus 部分指標存在優化空間，但也有進步之處。根據 公開信息，對比最新版本 Optimus 和 2021 年發布的概念機：（1）身高方面：新版 Optimus 身高 173cm，與概念機相仿（比概念機高 1cm）；（2）體重方面：新版 Optimus 體重為 73kg，而概念機體重為 56.7kg，體重增大后 會加大能耗，并影響機器人運動能力；（3）行走速度方面：概念機設計行走時速為 8km/h，新版 Optimus 雖未公布詳細的 行走速度數據，但從人工智能日現場和視頻中的表現來看，行走速度較為緩慢；（4）載重方面：新版 Optimus 可搬運約 20 磅（10kg）重的中小型貨物，預計要實 現概念設計的 20kg 負載還需一定時間；

（5）自由度方面：新版 Optimus 全身自由度為 50 個（其中軀干 28 個，雙手各 11個），多于概念機的 40 個自由度。在增加自由度的同時全身執行器數量卻由 40 個減少 至 28 個。執行器由減速機、電機、絲桿等零部件組成。

盡管新一代 Optimus 的部分指標仍存在優化空間，但也不乏進步之處。同時考慮到 特斯拉在依托自身汽車制造底層技術的基礎上，僅用6個月時間實現概念→初代原型機， 隨后 8 個月實現最新 Optimus 的推出，進展非常迅速。盡管目前特斯拉與波士頓動力、 敏捷機器人等老牌人形機器人廠商相比，技術還稍顯落后，但考慮綜合實力和發展速度， 我們仍十分看好特斯拉人形機器人未來在工廠、物流和智慧康養等領域的應用。

1.2Optimus 細節詳解：執行器&雙手&大腦&軀干

特斯拉 Optimus 主要由機械部分和電子部分（藍色部分）組成， 機械部分包含 28 個執行器和雙手；電子部分包含大腦和軀干（冷卻系統、電池包）。

（1）執行器：采用減速機+電機的傳動方式

執行器是一種驅動機制，控制系統通過它來執行或操作任務，可以簡單類比為人體 的肌肉和四肢，大腦會通過控制肌肉和四肢來實現運動。人形機器人為實現足式運動， 一般采用關節形式進行驅動，而驅動方式主要包括氣動、電動和液壓三種方式。1）氣體 驅動：氣動的優點是具備壓縮性，能夠使機器人更柔順地進行運動，但是其功率體積比 最低，負載能力很差；2）電機驅動：電動即最常見的電機驅動，具有 簡單、驅動控制成熟的優點，是最常見的驅動方式，但由于電機負載能力的限制，使得 電機驅動的機器人負載能力也較弱；3）液壓驅動：液壓驅動雖然成本略高，但具有很大 的功率體積比，從而使四足機器人可以具備高動態行走能力且負載能力強。目前在全球 頭部人形機器人廠商中，僅有波士頓動力將液壓作為執行器的驅動方式，其余例如優必 選、本田等均選用電機+減速器的驅動方式。

特斯拉 Optimus 也采用了傳統減速機+電機的傳動模式，在發布會中特斯拉展示了 扭矩從 20Nm 到 180Nm 的減速機，力矩從 500N 到 8000N 的電機，均在減速機和電機 頭部企業的產品參數范圍內。以哈默納科 HPG 系列和綠的諧波 LCD 系列諧波減速器產 品為例，其扭矩范圍分別為 3.9-2200Nm 和 3.2-2100Nm。數量方面，最新版 Optimus 全 身共有 28 個執行器，較概念機減少 12 個。分部位來看，根據現場圖片及我們判斷，其上半身包含 8 個伺服電機+減速器關節， 2 個線性推桿電機+減速器關節（小臂）；下半身包含 6 個線性推桿電機+減速器關節；雙 手包含 12 個執行器（每個手掌 6 個）。

執行器是人形機器人非常重要且有挑戰的環節。其重要性體現在，類比于人體執行 器就是我們進行生產活動的肌肉，是必不可少的部位。而其挑戰性就在于：1）如何設計出高能量密度高穩定的執行器：人的肌肉是拉伸運動，因此可以在重 量不大的情況下，產生上百公斤的力；目前常用的執行器電機做的是回轉運動，其轉速 很快，但如果要產生力，則需要多級的減速傳動，但多級傳導后其穩定性就會有所降低。而機器人如果需要進行高精密復雜運動，就必須在承受巨大力量的同時保障穩定性，如 何設計出高能量密度、高穩定的執行器非常關鍵。2）如何設計出滿足運用于多關節的執行器：人形機器人關節數量眾多，為滿足不 同運動形態需求，勢必會運用到不同類型的執行器。但為了實現降本，必須要找到滿足 運用于多關節的執行器。

特斯拉非常重視執行器的設計，主要通過運用數據模型分析來尋找合適的執行器。首先需要考慮機器人需要進行的動作，例如步行、轉彎、爬樓梯，得到其關節所需要承 受的壓力。其次把這些數據輸入到自主搭建的優化模型中，從而得到執行器需要的參數， 例如承受力，扭矩，需要的能耗等等，最后綜合考慮生產成本后選擇合適的執行器。此 外，特斯拉還會通過仿生技術來優化執行器結構。例如 Optimus 的膝關節部位，和人類 膝關節韌帶的結構極為相似。

（2）雙手：搭載大量傳感器，可實現細微操作

人形機器人的雙手設計方面，特斯拉通過仿生技術全面看齊人手：①靈活性：特斯 拉 Optimus 單個手掌搭載 6 個執行器，共有 11 個自由度，可以實現自由靈活運動。② 擁有感知：人手包含數以萬計的“觸覺傳感器”，特斯拉希望機械手也能夠和人手一樣 擁有感覺，因此搭載大量的傳感器，例如力敏傳感器和觸覺傳感器等。③實現工作：根 據現場發布會的描述，Optimus 雙手可載重約 10kg，能夠使用工具并拿起細小的東西。此外通過添加特殊的驅動器，特斯拉 Optimus 能夠在不打開手掌的情況下，進行相應的 活動。

結構方面，考慮到人形機器人進行的是完全擬人化的動作，因此要求手部靈活且有 較高的抓取力，從而需要搭配體積小靈活度高，但能量密度大的執行器，我們判斷空心杯電機+精密減速器+絲杠組成的模塊化電缸是人形機器人較好的選擇。空心杯電機具有 重量輕，體積小，能量密度大等特點，與同等功率的鐵芯電動機相比，其重量、體積減 輕超過三分之一。目前特斯拉對人形機器人雙手的開發還處于初級階段，還有許多希望能夠實現的功 能：①可以同時拿起重物和實現微小動作：特斯拉希望通過仿生技術設計出機械肌腱， 能夠在抓取重物的同時，也能夠實現微小操作，例如拿起很薄很小的紙張。②讓雙手實 現自我學習：人類在面對從來沒有拿起過的東西時，也可以輕松拿起，特斯拉希望機器 人也能夠通過自我學習做到這一點。

（3）大腦：搭載FSD全自動駕駛系統和D1超級芯片

在大腦部分，最新版 Optimus 人形機器人采用了與特斯拉電動車相同的全自動駕駛 系統 FSD 和感知計算單元，包括自主研發的算力極強的 Dojo D1 超級計算機芯片以及 三顆 Autopilot 級別自動輔助攝像頭。

FSD 系統即為全自動駕駛系統，其使得車輛能夠在駕駛員主動監控的情況下實現車 道內自動輔助轉向、加速和制動，減少枯燥的駕駛操作，提升駕駛樂趣。由于人形機器 人的需求和形式與電動車存在一定的差異，特斯拉對植入人形機器人的 FSD 系統做了 三方面的改變：1）信息基于多感官輸入：為使 Optimus 的“大腦”更接近人腦，信息 將基于多個感官傳感輸入（視覺、聽覺和觸覺），讓機器人能夠處理數據并做出決策；2）植入無線連接和音頻通信支持：為了方便機器人與人的溝通交流，特斯拉在 FSD 系 統中植入無線連接和音頻通訊支持功能；3）增加硬件保護機制：為穩定機器人的四肢 控制，保護機器人本身和機器人周圍的人，將在硬件上確保 Optimus 的安全性。

特斯拉在 FSD 系統中嫁接了計算機視覺神經網絡訓練芯片——自研的 Dojo D1 超 級計算芯片。每個 D1 單元之間無縫連接，相鄰芯片之間的延遲低，訓練模塊實現了更 大程度的帶寬保留，實現了高達 9 千萬億次的算力。理論上講，Dojo 超級計算機的性能 無上限，實際應用中，與業內其他產品相比同成本下性能提高 4 倍，同能耗下性能提高 1.3 倍，占用空間降低 5 倍。

（4）軀干：高度集成傳感器、電池組和冷卻系統

考慮到運動學和量產降本的需求，特斯拉盡量減少機器人四肢所需機電執行器、傳 感器的數量，并將傳感器、電池管理和冷卻系統都集成到了軀干部位。最新版本 Optimus 的軀干處搭載有容量為 2.3 kWh、52V 的電池組，能夠維持機器 人一整天的工作。電池組借鑒了特斯拉電子產品和汽車產品中高度集成的設計，搭載至 特斯拉 SoC 系統運行。SoC 系統指的是將一套完整的信息處理系統集成到一塊芯片上， 電池組中的單塊芯片可支持所有傳感融合、電池通訊以及充放電管理功能。

2.Optimus亮點及未來進步點并存，看好人形機器人長期成長性

2.1.Optimus亮點：特斯拉汽車技術完美融合至人形機器人

簡化來看，汽車即為帶有輪子的機器人，因此汽車和人形機器人在底層技術方面有 諸多共通之處。特斯拉最為全球汽車龍頭，將諸多汽車技術完美融合到人形機器人上， 才能夠使得在 6-8 個月內成功開發出能夠行走承重的人形機器人。

（1）自動駕駛技術的遷移（視覺識別+自主導航）：人形機器人自主導航定位是真正實現“擬人”應用的基礎，特斯拉通過汽車自動駕 駛技術的遷移快速掌握人形機器人自主導航定位功能。智能機器人的自主導航定位算法包含了機器視覺、定位、導航和避障等核心技術。機器視覺是機器人對外界環境進行描述的過程，表征了機器人對外界環境的理解能力。定位是機器人依托于建圖結果，或與建圖過程同時對自身方位進行準確辨識。導航和避 障是機器人自主決策、規劃和控制，從而將自身安全準確地引導至目的地的過程。這與 汽車自動駕駛有很多相似之處。

在視覺識別方面，特斯拉有非常強的計算機視覺算法和相應的網絡，能夠直接把計 算機視覺遷移到機器人上。特斯拉也在努力架構更多的神經網絡，訓練神經元進行高頻 率的特征識別，提高機器人的視覺識別功能。在導航和避障方面，通過對機器人進行特 定的訓練，讓其記住之前走過的路徑，并結合自動駕駛導航技術，使機器人可以與環境 更好地互動，例如在低電量的時候能夠自主去充電。

（2）車禍安全模擬技術的遷移（安全保障）：人形機器人在工作中碰撞或者摔倒無法避免，特斯拉通過車禍安全模擬技術的遷移， 來保證機器人碰撞損壞在可控范圍內。特斯拉的車禍安全模擬模型具有強大的物理生產能力和模擬能力，可以實現 3500 萬的自由度，所以在 Optimus 的設計中，特斯拉將其應用于機器人損壞控制之上，來保障機器人硬件的安全性。即使 Optimus 摔倒也最多只會造成表面損傷，而不會影響到核 心部件，比如價格昂貴、制作困難的大腦和控制系統等。

2.2.Optimus進步點：成本&技術&應用場景問題仍待解決

（1）盡管執行器數量有所下降，但硬件成本依舊高昂：在之前發布的報告中我們曾提及，成本問題是阻礙人形機器人量產的重要因素之一， 而原因即在于人形機器人自由度極高，相較于傳統的六軸機器人，其對減速器、電機等 核心零部件的需求量成倍增加。因此為實現降本市場會著重關注以下三點：①是否能夠 有更有性價比的新型驅動方式來代替傳統的減速器+電機驅動模式；②若仍然使用傳統 的機械傳動，能否減少執行器的數量；③能否降低減速器和電機的成本。

此次新發布的 Optimus 仍然使用減速器+電機的傳統機械驅動模式，并未在傳動方 式上做出創新，而減速器和電機的成本在小規模生產的情況下也沒有太大的下降空間。盡管新版 Optimus 在執行器的數量上有所減少（28 個執行器），較概念機的 40 個執行器 共減少 12 個。但相對而言，其對核心零部件的需求量仍然是六軸機器人的 4-5 倍，硬 件成本依舊較為昂貴。根據上文我們對最新版本 Optimus 的圖解，其上半身包含 8 個伺服電機+減速器關 節，2 個線性推桿電機+減速器關節；下半身包含 6 個線性推桿電機+減速器關節；雙手 包含 12 個空心杯電機+減速器關節。按照各零部件的市場均價進行測算，則可得在樂觀 /中性/悲觀情況下，僅僅是執行器的硬件價格就達到 3.6/6.9/10.1 萬元，人形機器人 綜合成本難以降低。

（2）人形機器人運動控制能力有待提升：良好的運動控制是人形機器人真正落地實現應用的重要因素。運動控制范疇中，能 夠直立行走僅僅是第一步，在行走中保持平衡，抓取物體時保持穩定性是更大更難的課 題。特斯拉在實現機器人運動控制方面進行了很多嘗試。例如特斯拉利用軟件對人類運 動進行捕捉后進行可視化處理，形成關鍵幀。然后逐一對軀干，手和腿的位置進行關鍵 幀分析，再通過運動學原理映射回人形機器人，從而形成更好的軌跡優化。

目前人形機器人在現實工作中保持平衡仍有很多挑戰，涉及到多領域的結合。例如 需要有足夠好的零部件去支撐機器人的實現動作，需要足夠優化的算法指令來形成軌跡， 需要有足夠好的機器視覺和傳感器對周圍世界進行評估。根據會場技術人員披露，Opitimus 平衡性問題仍需解決，可能需要 18-36 個月時間的開發，主要系人形機器人在 實際運行中，不可避免會受到外力干擾，例如被碰撞，地面濕滑等等。但人形機器人很 難像人類一樣通過自我學習來應對這些特殊情況，而是需要在數據庫中調用已有的指令， 通過算法和硬件的配合來應對。目前特斯拉已經建立起機器人運動數據庫，但面對紛繁 復雜的現實世界，還需要更長的時間來擴充數據樣本。

（3）特斯拉 Optimus 未實現應用場景的拓展：目前已實現量產的機器人都有著明確的應用場景，而且這些應用場景無論是 To B 還是 To C 都有大量的剛性需求，例如工業機器人在工業領域實現的搬運、焊接、點膠 等工藝，掃地機器人的家用功能，電力巡檢機器人在電網的應用等等。現有的人形機器 人的主要應用包括商業領域的導覽接待、特殊環境下的搜救搬運等工作，尚無能夠大規 模應用的剛需場景。目前頭部人形機器人正在積極尋找有剛需的應用場景，例如優必選 正在積極探索智能物流、智慧康養等領域人形機器人的應用。

特斯拉此次發布會中，有明確給出的人形機器人大規模應用場景為特斯拉工廠內的 搬運和上下料等工作，即工業應用中的“基礎性工作”。然而就目前來看，人形機器人 在工業領域“性價比”不足。以在工業領域實現應用的美國 Digit 雙足機器人為例，其 主要用途為在工廠或倉庫內裝載和卸載貨運箱，但其售價高達 25 萬美元，性價比遠低 于工業機器人甚至是純人類。綜合而言，此次特斯拉 Optimus 推出的同時，并未展示出 有剛需，且人形機器人有性價比的應用場景，期待后續特斯拉在落地應用方面的進一步 拓展。

2.3.千億藍海市場，人形機器人未來可期

綜合而言，盡管人形機器人距離真正實現產業化仍有諸多困難需要克服，我們仍十 分看好特斯拉新一代 Optimus 人形機器人，若其能在未來明確市場需求，并且在成本控 制和技術水平之間形成有效平衡，就能夠實現商業化的落地和規模化的量產。根據全球 市場研究機構 Marketsandmarkets 的預測，全球人形機器人市場規模（僅考慮單機）將 從 2022 年 15 億美元提升至 2027 年的 173 億美元(按人民幣兌美元 7：1 計算為 1211 億 元)，CAGR=63.5%。

而根據特斯拉 CEO 馬斯克的預計，未來全球人形機器人數量可達百萬級，最終單臺 成本可能會低于兩萬美元。我們按照樂觀/中性/悲觀假設，測算可得至 2030 年全球人 形機器人市場空間分別達 750/500/250 億美元，未來可期。具體測算假設如下：1）樂觀情況：人形機器人降本超市場預期，且在各個工業和家居場景均得到廣泛 應用，至 2030 年人形機器人保有量達到 500 萬臺，單臺成本下降至 1.5 萬美元。2）中性情況：人形機器人降本順利，在工業場景得到規模應用，并進入部分家居場 景，至 2030 年人形機器人保有量達到 250 萬臺，單臺成本為 2 萬美元。3）悲觀情況：人形機器人降本不及市場預期，僅在少部分工業和家居場景得到應 用，至 2030 年人形機器人保有量達到 100 萬臺，單臺成本為 2.5 萬美元。

3.產業鏈視角：核心零部件重要性凸顯

人形機器人產業鏈主要分為上中下游三部分。具體來看，上游為核心軟硬件，硬件 主要包括伺服電機、減速器、控制器、傳感器等；軟件包括機器視覺、人機交互、機器 學習、系統控制等；中游則是人形機器人本體制造商，國內包括優必選、北京鋼鐵科技、 國外包括波士頓動力、美國敏捷機器人、日本豐田、本田、特斯拉等。下游目前還未有成熟的商業應用，可能的應用場景包括迎賓接待、展廳引導、高校科研等。

在此前發布的人形機器人行業深度報告中，我們已經強調過核心零部件的重要性。此次特斯拉 Optimus 的發布進一步驗證我們的觀點，主要可以體現在兩大方面：1）核 心零部件成為阻礙量產的關鍵因素：上文提及特斯拉此次發布會，超預期的點主要集中 在軟件和算法，而阻礙量產的關鍵因素是缺乏高效高性價比的執行器，即以目前電機+ 減速機+絲杠的運動控制結構，無法兼顧高效率和低成本。2）人形機器人中核心零部件 成本占比將會高于傳統工業機器人：以傳統工業機器人為例，核心零部件占據了工業機 器人整機 70%以上的成本，其中減速器占整機成本約 36%，伺服占整機成本約 24%，控 制器占整機約 12%。

考慮到人形機器人自由度更高，所需零部件更多，且未來 3-5 年特 斯拉都會作為人形機器人主流量產玩家，而特斯拉軟件和電池基本都有成熟的供應鏈或 能夠自制，但核心零部件需要外采，因此核心零部件成本占比可能會高于工業機器人。

機器人核心零部件主要包括精密減速機、交流伺服電機、控制器。精密減速器是連 接動力源和執行機構的中間機構，具有匹配轉速和傳遞轉矩的作用。伺服電機在自動控 制系統中，用作執行元件，把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。機器人每個關節運動均需靠伺服電機驅動，以實現多自由度的運動。控制器是工業機器 人的大腦，對機器人的性能起著決定性的影響。工業機器人控制器主要控制機器人在工 作空間中的運動位置、姿態和軌跡，操作順序及動作的時間等。

3.1.精密減速器：機器人生產中壁壘最高的零部件

3.1.1.精密減速器包含諧波與RV減速器，其原理與使用場景各有不同

精密減速器是機器人生產過程中技術壁壘最高的零部件。機器人每個關節運動均需 靠伺服電機驅動，伺服電機具有輸出轉速大、輸出扭矩小的特點；而關節結構實際上的 需求是輸出轉速小、轉動扭矩大，所以現有伺服電機的輸出不能滿足終端機械本體的運 動需求，就需要減速器這一結構進行減速增距。

精密減速器主要包括諧波減速器與 RV 減速器，但其工作原理和應用場景存在較大 區別：1）諧波減速器：由波發生器、柔輪和剛輪組成。當波發生器被放入柔輪內圓時，柔 輪產生彈性變形彎曲成橢圓狀，且由于柔輪外側的剛輪比其多 2 個齒，導致柔輪長軸部 分正好可以與剛輪的齒輪嚙合，而短軸部分與剛輪的齒輪呈脫離狀態。由于剛輪固定， 因此在波發生器逆時針轉動時，柔輪作順時針轉動。當波發生器持續轉動時，柔輪不斷 發生變形，兩輪輪齒在嚙入、嚙出的過程中進行錯齒運動，波發生器轉動 180°，柔輪 正好轉動一個齒數，其轉動角度之比即為減速比。

諧波減速器具有以下特點：①體積和 重量輕：由于諧波齒輪傳動主要構件只有三個，相較 RV 減速器，零部件至少減少 50%， 體積和重量均減少 1/3 以上；②精度高：由于諧波齒輪為多齒同時嚙合，并且有兩個 180 度對稱的齒輪嚙合，因此齒距誤差較小，使位置精度和旋轉精度達到極高的水準；③單 級傳動比大：波發生器每正時針旋轉 180°，柔輪逆時針旋轉 1 個齒數，這也造就了其 高傳動比，其單級傳動比可達 50-500 之間。④低負載：由于諧波減速器需要借助柔輪變 形進行運動傳遞，如果負載過大將導致柔輪變形不均勻，且反復的高速變形使得其比較 脆弱，因此其承載力有限。

2）RV 減速器：由兩個減速部構成，在第一減速部中，輸入軸的旋轉從輸入齒輪傳 遞到直齒輪，按齒數比進行減速；在第二減速部中，有一個曲柄軸與直齒輪相連接，在曲柄軸的偏心部分，通過滾動軸承安裝 RV 齒輪，曲柄軸會帶動 RV 減速機做偏心運動， 當曲柄軸轉動一周，RV 齒輪就會沿與曲柄軸相反的方向轉動一個齒，從而達到減速效 果。RV 減速器與諧波減速器一樣，具有精度高、單機傳動比大等特點；但相較于諧波 減速器，RV 減速器組成更加復雜，導致體積和重量較大，且由于不存在變形運動因此 具有更高的剛性和扭矩承載能力，主導重負載精密減速器領域。

基于以上分析，由于諧波減速器承載力有限，但重量、體積較小；RV 減速器具有 更高的承載力，但重量、體積較大，因此兩種減速器短期內呈現互補、而非替代關系。一般來講，負載 10kg 以下工業機器人主要使用諧波減速器；10-20kg 高負載的工業機器 人小臂、手腕關節可以采用諧波減速器；負載 30kg 以上的，在其輕負荷的末端關節上 也能夠使用諧波減速器；而如基座、大臂、肩部等重負載部位多使用 RV 減速器。而在 人形機器人的特殊應用場景下，我們判斷應該會同時或單一使用到諧波減速器和 RV 減 速器，甚至是行星減速器，但數量和具體使用部位會與每家公司的設計息息相關。

3.1.2.全球精密減速器被日本壟斷，近年國產化率逐步提升

從競爭格局來看，全球機器人減速器市場呈現高度集中狀態，幾乎被哈默納科和納博特斯克壟斷。《工業機器人減速器市場分析與產業供需格局研究報告（2018 年）》顯示， 日本納博特斯克是生產 RV 減速器的世界巨頭，約占 60%的全球減速器市場份額；哈默 納科則是諧波減速器領域的龍頭，約占 15%的全球減速器市場份額。除此之外，日本住 友 RV 減速器和新寶諧波減速器合計占全球 10%市場份額，全球減速器市場呈現出日本 企業高度集中的局面。

國內減速器市場得益于綠的、雙環等龍頭的帶動，近年來國產化率持續提升。根據 高工機器人研究統計，諧波減速器方面，2021 年日本哈默納科和新寶在中國的銷量市占 率分別同比下滑 1.5pct 和 1.6pct，綠的諧波銷量市占率同比提升 3.7pct；RV 減速器方面， 2021 年納博特斯克在中國的銷量市占率同比下滑 3.0pct，雙環傳動銷量市占率同比提升 5.75pct。從產品類型來看，技術難度相對較低的諧波減速器國產化進程相對迅速。

關鍵參數指標相近，實際使用性能仍有較大差距。在比較國內外各品牌同類產品的指標時，可以發現傳動精度、減速比、扭矩剛度等關鍵指標參數已十分接近，但真實差 距體現在指標之外，在真實使用過程中，壽命、精度、故障率等方面仍有較大差距。根 據我們的產業鏈調研，以哈默納科和國內品牌為例，實際使用差距主要體現在兩方面：1）哈默納科諧波減速器在其全生命周期中可保持零故障，而國內品牌仍有故障率；2） 在相同環境下，哈默納科諧波減速器的壽命是國內減速器的 1-2 倍，在越惡劣的工況下 壽命差距越大。

3.1.3.考慮到人形機器人需求，2025年全球諧波減速器市場空間有望達147.5億元

工業機器人、協作機器人為諧波減速器提供基礎市場，人形機器人提供增量市場。①工業機器人：根據 IFR 預測，2020-2025 年全球工業機器人銷量 CAGR=8%；②協作機器人：人機交互需求提升+資本涌入，市場規模加速膨脹，根據 IFR 預測 2020-2025 年 全球協作機器人銷量 CAGR=21%；③人形機器人：根據我們對目前產業形式的判斷，保 守預計至 2025 年人形機器人銷量為 50 萬臺，與工業機器人相當。

按照一臺工業機器人搭載 3.5 臺，一臺協作機器人搭載 7 臺諧波減速器來計算，一 臺人形機器人搭載 10 臺諧波減速器計算。人形機器人搭載諧波減速器數量假設如下：以特斯拉 Optimus 為例，全身搭載 28 臺減速器，其中我們判斷下肢及腰部 8 個減 速器大概率使用負載能力較強的 RV 減速器。而上身+手部的 20 臺減速器大概率會使用 諧波減速器，部分關節還可能會使用行星減速器。諧波和行星減速器均有體積小的特點， 但諧波減速器精度較高，不耐沖擊；而行星減速器精度較低，耐沖擊，機器人制造商可 能會視情況選擇部分行星減速器。再考慮到為實現降本，機器人制造商會不斷努力減少 執行器數量，因此我們保守估計一臺人形機器人將搭載 10 臺諧波減速器。

綜 合 測算 下可 得 2022-2025 年 全球 機器 人用 諧波 減 速器 需求 量將 分別 達 182/299/467/738 萬臺，CAGR=59.5%。再按照諧波減速器單價約 2000 元/臺測算，則可 得 2022-2025 年全球機器人用諧波減速器市場規模將分別達 36.3/59.8/93.4/147.5 億元。

3.2.控制器&伺服系統：機器人實現運動功能的核心部件

機器人的運動控制主要通過控制器和伺服系統共同完成，而伺服系統主要包括伺服 驅動器和伺服電機。運動控制上游包括各類電子元器件，如 PCB 面板、IC 芯片、晶體 管、電阻電容等，中游核心部件包含運動控制器、伺服驅動器、伺服電機，下游運用于工業機器人、半導體、機床等各行各業。

3.2.1.控制器：機器人運動控制的“大腦”

運動控制器是根據指令和傳感信息控制機器人完成任務的裝置，由控制板卡和算法 控制軟件組成，技術路線包括 PLC、PC-based 和嵌入式控制器三種。其中 PC-Based 能 夠實現更為復雜的運動控制，目前已成為發展最快的運動控制器，隨著下游工業機器人、 半導體等行業對運動控制要求的提高，PC-Based 控制將迎來更為廣闊的發展。

控制器作為機器人的大腦，對機器人的運動性能起著決定性的影響。工業機器人控 制器主要控制機器人在工作空間中的運動位置、姿態和軌跡，操作順序及動作的時間等。而對于不同類型的機器人，其控制器類型與設計方案也有所不同。例如直角坐標機器人 售價低，運動控制相對簡單，多采用工控機+運動控制卡的方案；而在多關節機器人和 SCARA 的場景下，由于機器人結構緊湊，運動控制較為復雜，多采用示教器+嵌入式控 制器的方案。近年來隨著工業機器人的市場擴張，機器人控制器市場需求也穩步增長。根據中商產業研究院統計，2022 年國內工業機器人控制器市場規模有望達 16.2 億元， 2017-2022 年復合增長率為 9.1%。

工業機器人控制器多為本體廠商自制，競爭格局與本體類似。目前國外主流機器人 廠商的控制器均為在通用的多軸運動控制器平臺基礎上進行自主研發，以四大家族和國 內主流品牌為例，已均基本實現自主生產。因此從競爭格局來看，工業機器人控制器市 場份額與工業機器人匹配，2020 年四大家族合計市場份額占有率達到 50%以上。

國內外差距主要集中于軟件算法，近年來國內企業加速布局。從產品差距來看主要 體現在軟件和算法方面，采用的硬件平臺與國外差距不大。一方面國外品牌天然具有先 發優勢；另一方面軟件算法等二次開發需要大量的經驗積累，而國外品牌工業機器人占 據市場主導地位，能夠在更多更高端的場景下進行開發試錯，因而能夠更加迅速的成長 迭代。近年來國內企業加速布局控制器市場，例如埃斯頓收購 TRIO，埃夫特戰略投資 ROBOX，并成立子公司瑞博思，逐步追趕國外品牌的步伐。

3.2.2.伺服系統：機器人運動控制的“神經系統”

伺服系統主要包括伺服驅動器和伺服電機，是工業自動化設備的“神經系統”。伺 服系統是指以物體的位置、方位、狀態等控制量組成的，能夠跟隨任意變化的輸入目標 或給定量的自動控制系統，主要包括驅動器和電機兩部分。伺服系統可按照控制命令的 要求，對功率進行放大、變換與調控等處理，通過驅動裝置對電機輸出力矩、速度和位 置的控制量，最終形成的機械位移能準確地執行輸入指令要求。伺服系統決定了自動化 機械的精度、控制速度和穩定性，因此是工業自動化設備的核心。

下游需求升級，市場規模逐步擴大。伺服行業下游應用行業隨高精密設備需求的不 斷提升，實現了從紡織、包裝、印刷等傳統領域向電子設備制造、工業機器人等新興領 域的轉移。2019 年，電子半導體、機床和工業機器人是伺服應用最主要的三大市場，占 比達到 36%。隨著伺服系統下游應用的轉型升級，市場規模也在逐步擴大。根據中商產 業研究院測算，2022 年國內伺服系統市場規模有望達 286 億元，2017-2022 年復合增長 率為 24.1%。

外商占據半壁江山，國產奮起直追。由于內資品牌在技術儲備、產品性能、質量、 品類上和國外品牌存在一定的差距，且電機編碼器芯片依賴進口，國產伺服電機尚不能 完全替代國外品牌，歐美和日系品牌仍然壟斷著中高端伺服系統市場。2019 年，松下、 安川、三菱三大日系品牌就占據國內伺服系統全部市場份額的約 45%，西門子、博世力 士樂、貝加萊等歐美系品牌主要把握高端市場，部分歐美品牌推出中端產品。隨著國內 電機制造水平的大幅提升，交流伺服技術也逐漸為越來越多的國內廠家所掌握，同時交 流伺服系統上游芯片和各類功率模塊的不斷進行技術升級，促成了國內伺服驅動器廠家 在短短的不足十年時間里實現了從起步到全面擴展的發展態勢。

相較于通用伺服，機器人用伺服系統對性能等各方面要求更高。機器人伺服系統通 常指用于多軸運動控制的精密伺服系統，其對伺服系統的反應速度、體積、性能等諸多 方面均提出更高的要求。（1）快速響應性：機器人工作節拍快，對伺服系統的反應靈敏 性要求更高， 一般以伺服電機的機電時間常數的大小來反應伺服電機快速響應的性能；（2）高負載運作：由于大型工業機器人負載量十分大，因此要求機器人的伺服電機的 起動轉矩大，轉動慣量小，有足夠的起動轉矩慣量比。此外工業機器人會進行十分頻繁 的正反向和加減速運行，并可能在短時間內承受數倍過載；（3）體積質量小：為配合工 業機器人的體型，伺服電機必須體積小、質量小、軸向尺寸短，并且還要經受得起苛刻 的，可進行十分頻繁的正反向和加減速運行，并能在短時間內承受數倍過載。

正是由于機器人對伺服系統的更高要求，相較于通用伺服，國內外機器人用伺服系 統的技術差距更大，這也直接影響到國內外工業機器人性能和穩定性的差距。近年來匯 川技術、埃斯頓、廣州數控設備等較大規模伺服電機品牌涌現，目前在中低端伺服領域 已經可以實現大規模量產，市場占有率不斷提升，并不斷投入研發向高端伺服系統邁進。

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